枡水50微米PEM膜电极在兆瓦级测试槽中完成超5000小时验证

近日，枡水科技自主设计开发的兆瓦级PEM短堆累计完成5000小时运行验证。该短堆为彩虹堆，单室活性面积1275 cm²，由8个小室构成，各小室分别配置了不同方案的膜电极，其中50 μm膜电极是此次测试重点关注的技术方案。

测试得出50微米膜电极的四项关键表现：·衰减低、寿命长：

测试期间衰减率约为6.1mV/1000h；

·氧中氢极低，安全性突出

进入光伏波动工况后，氧中氢浓度在全工况下低于0.02%，全程未突破0.05%；

·动态响应快，实现秒级变载

变载速率达到20%/s（已达电源上限），可稳定应对光伏波动带来的负荷升降和频繁启停；

·电流效率高且稳定

在长期运行及动态工况下，产氢效率＞97%。

这组数据意味着，50 μm膜电极已在大面积、多小室、长周期以及光伏波动工况下保持较稳定的运行表现，为面向风光离网制氢的规模化应用积累了关键实证依据。

5000小时验证：恒流耐久+风光波动，全面检验50μm膜电极

此次5000小时验证分为两个阶段。

第一阶段｜3500小时以上恒流耐久：在65 ℃、3 A/cm²、阴极压力2 MPa条件下持续运行超过3500小时，重点验证膜电极在高电流密度、长时间连续运行下的稳定性。

第二阶段｜约1500小时模拟光伏波动：在恒流耐久测试后，进一步进入模拟光伏波动工况，电流密度在低负荷至3 A/cm²之间持续变化，经历频繁启停、升载和降载，重点验证膜电极对风光电力波动的适应能力。

两阶段累计超过5000小时，既有高电流密度下的长期恒流运行，也有更接近风光离网制氢场景的动态运行。

枡水科技兆瓦级PEM彩虹堆膜电极配置图

枡水兆瓦级PEM短堆在安徽肯坦戈进行测试

5000小时，50 μm膜电极交出四项关键结果

一、衰减低：3500小时仅上升21 mV

在第一阶段3500小时的恒流运行中，平均小室电压从1.741 V（80h）升至1.762 V（3530h），约3450小时有效对比区间内仅上升21 mV，折算衰减率为6.1 mV/1000h。

更重要的是，在3 A/cm²高电流密度下长期运行，电压曲线整体平稳，未出现明显的加速衰减趋势。膜厚降低能够减少欧姆阻抗和材料用量，但也对膜材料、催化层及界面结构的长期稳定性提出更高要求。此次3500 小时以上的运行结果，验证了50 μm膜电极在高电流密度下的长期稳定性。

50微米膜电极3500 h耐久测试数据

二、氧中氢低：超薄膜依然保持良好气体阻隔性能

对于50 μm超薄膜膜电极而言，膜厚降低在减少材料用量和欧姆阻抗的同时，也对气体阻隔能力提出了更高要求。此次测试采用了某光伏发电基地的实际光伏功率曲线作为工况输入，以还原真实的光照波动——电解槽每天早上8:30开机，下午16:30关机，全天运行 8 小时。

枡水采用的光伏功率曲线

测试期间，50μm膜电极在模拟光伏波动工况下，氧中氢浓度大部分时间低于0.02%，全程未突破0.05%；即使在阴极3 MPa、阳极常压的严苛压差条件下，氧中氢仍维持在约0.02 %。这说明50 μm超薄膜在降低膜厚的同时，仍保持了较好的气体阻隔能力，有助于减少氢气跨膜渗透，也为较高电流效率提供了支撑。

光伏工况下氧中氢数据

三、风光波动下稳定响应：启停、升降载均能持续跟随

约1500小时模拟光伏波动运行中，电流密度持续在低负荷至3 A/cm²之间变化，短堆反复经历启停、升载和降载。从运行曲线来看，8个小室能够随着负荷变化稳定响应，升载、降载过程中的电压保持稳定。

1500小时模拟光伏波动

氧中氢变化曲线

对于直接耦合风光电力的PEM电解槽而言，设备需要面对的并不是一个恒定的电力输入，而是频繁变化甚至反复启停的运行状态。这约1500小时的动态运行数据，为50 μm膜电极进一步应用于风光离网制氢提供了重要验证。

四、电流效率：低氧中氢为高效率提供支撑

对于PEM电解槽而言，电流效率与气体跨膜渗透密切相关。氧中氢保持较低水平，意味着氢气跨膜损失受到较好控制，更多电量能够用于实际产氢。因此，在50 μm膜厚条件下，低电压衰减与低气体渗透能够同时保持，对于维持较高的电流效率具有重要意义。

这也是此次5000小时测试中50 μm膜电极值得关注的亮点：薄膜路线并不需要以明显增加气体渗透为代价——耐久测试后电流效率仍＞97%。

从低衰减、低氧中氢，到风光波动下的稳定响应，5000小时验证所关注的已经不只是某一个单项性能，而是50 μm膜电极在进一步减薄之后，能否同时保持寿命、稳定性、气体阻隔和电流效率。

此前，50μm膜电极已接受日本丰田加速耐久测试

在此次1275 cm²兆瓦级测试槽5000 小时验证同时，枡水50 μm膜电极还完成了一项加速耐久测试。该测试由日本丰田主导，在天津中汽研进行。

采用变载+启停工况；按约15倍加速因子折算，相当于4800 小时的恒流耐久测试。测试中，电流密度在0.3—3.0—0 A/cm²之间循环，对应10 %-100 %-0 %负荷，变载速率达到20 %/s。累计运行320 小时、大于3万圈升降载循环，在3 A/cm²下平均小室电压升高24.5 mV。

加速耐久测试数据

50微米电解槽由日本丰田在天津中汽研进行测试

丰田加速耐久测试重点验证50 μm膜电极在高频变载、启停条件下的耐久潜力；此次1275 cm²、多小室5000 小时测试，则进一步验证其在大面积短堆和长期动态运行条件下的稳定表现。

从高频动态耐久，到5000 小时长周期运行，50 μm膜电极正在从加速测试进一步走向更大面积、更长时间、更接近实际新能源制氢场景的验证。

从50μm技术，到117.7万元/MW的成本目标

2024年，枡水曾测算采用50 μm膜电极的PEM电解槽成本可降至117.7万元/MW。彼时面临了不少质疑。两年后，这一技术路线已经走向了实际验证：从日本丰田主导的加速耐久测试，到兆瓦级短堆接受光伏波动工况的长期考核，50 μm膜电极可靠性正在持续得到印证。

下一步，客户的风光离网制氢项目将提供更大规模、更真实的应用场景，继续检验50 μm膜电极在实际项目中的长期可靠性和经济价值。

而对于枡水而言，面对问题、解决问题，并在验证中持续创新，才是技术不断向前的方式。枡水“Mission Impossible”小组正在继续探索25 μm超薄质子膜膜电极，还有一些看似“不可能”的事情，值得继续做下去。欢迎有志于此的企业和人才加入枡水团队，一起做真正能够改变行业、促进行业发展的的事情。